Железобетон в строительстве
Под железобетонным строительством понимают строительство сооружений или строительных конструкций из армированного бетона (рис. «Железобетонные конструкции»). Железобетон может возводиться монолитным способом или применяться для сборных конструкций. Железобетонные конструкции должны иметь достаточную несущую способность и удовлетворять требованиям строительной физики. Кроме того, они должны иметь красивый внешний вид и быть экономичными в изготовлении и при эксплуатации.
Железобетон — это связанный материал, чья несущая способность достигается за счет совместной работы стали и бетона. Стальные вложения, называемые арматурой, могут состоять из арматурной стали или арматурных сеток. Арматура воспринимает растягивающие усилия, повышает прочность на сжатие бетона и ограничивает трещинообразование в конструкции. Бетон может воспринимать только усилия сжатия. Он образует форму строительной конструкции, осуществляет защиту от коррозии арматуры и служит для пожарозащиты.
- Примерно одинаковое температурное расширение стали и бетона в области обычных температур.
- Прочное соединение между бетоном и арматурой вследствие сцепления (адгезии), сцепления за счет трения (сопротивление трению) и сцепления среза (дюбелеподобное зубчатое сцепление стальной поверхности и бетона).
- Защита арматуры от коррозии окружающим ее бетоном (бетонное покрытие).
- Минимальные требования к строительным материалам и их применению предписываются DIN 1045 «Несущие конструкции из бетона, железобетона и преднапряженного бетона» следующие.
- Предпосылками для долговечной совместной работы стали и бетона, например, являются:
- Следует учитывать минимальные классы бетона по прочности на сжатие в зависимости от классов экспозиции.
- Следует придерживаться граничных значений содержания цемента и водоцементного отношения.
- Наибольшее зерно заполнителя не должно превышать 1/3 наименьшего размера строительной конструкции.
- Преобладающая часть заполнителя должна быть меньше, чем расстояние между стержнями арматуры или расстояния между арматурой и опалубкой.
- Поверхность арматуры должна быть свободна от несвязанной ржавчины, масла, жира и прочих загрязнений, а также свободна ото льда.
Так как конструкции в сооружении подвержены различным нагрузкам (действующим силам), то, соответственно, возникают различные напряжения от сил реакций. Большинство железобетонных конструкций, например, балки, плиты и балочные плиты, работают на изгиб. При этом на основе внешней нагрузки возникают изгибающие моменты и поперечные силы, которые вызывают внутри балки напряжения растяжения при изгибе, напряжения сжатия при изгибе и напряжения сдвига. Эти напряжения часто выступают совместно, их распределение может быть представлено линиями главных направлений напряжений (траекторий) (рис. «Напряжения в железобетонной балке»). Арматура должна быть расположена соответственно силовому потоку по линиям главных напряжений, что возможно только приблизительно.
Для назначения размеров в строительстве из железобетона исходят из допущений, на которых основаны методы статических расчетов. При чистом изгибе образуется сжатая и растянутая зоны. В растянутой зоне сталь работает на растяжение. В сжатой зоне бетон работает на сжатие (рис. «Напряжение при чистом изгибе»).
Прочность связи в бетоне обеспечивает одинаковые деформации при внешней нагрузке. Так как способность стали к растяжению значительно больше, чем у бетона, то он при превышении его прочности на растяжение в зоне растянутой арматуры начинает растрескиваться. Для того чтобы это не влияло на защиту арматуры от коррозии и на внешний вид конструкции, предписывается ограничение ширины раскрытия трещин.
Это может быть достигнуто, например, путем назначение минимального армирования, уменьшения допустимого напряжения стали, ограничения диаметра стержней арматуры и расстояния между стержнями.
Несущая способность и долговечность железобетонных конструкций может быть повышена за счет применения более высоких классов прочности бетона.
Положение и форма арматуры
Армирование предполагает знание распределения усилий в железобетонных конструкциях. Положение и форма арматуры зависят от нагрузки и должны для каждой конструкции определяться отдельно.
Армирование конструкций, работающих на изгиб
В конструкции, работающей на изгиб, например, в перемычке (балке), возникают изгибающие моменты и поперечные силы. Названная в примере перемычка над дверью может рассматриваться как балка на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой.
Это упрощенное представление называют статической системой (рис. «Изгиб в следствие равномерно распределенной нагрузки»). У этой перемычки изгибающие моменты в центре балки — наибольшие и уменьшаются к опорам. Балка прогибается. При этом она в верхней части сжимается. Возникает сжатие, называемое также сжатием при изгибе. Эта область потому и называется сжатой зоной. В нижней области балка растягивается. В этой области говорят о растяжении или о растяжении при изгибе. Эту область поэтому называют растянутой зоной (см. рис. «Напряжение при чистом изгибе»).
Поперечные силы проходят поперек (под прямым углом) к оси балки. При равномерно нагруженной балке на двух опорах они имеют самую большую величину и уменьшаются к центру балки до нуля. Поперечные силы создают в балке в продольном направлении продольные напряжения сдвига, а в поперечном направлении — поперечные сдвиговые напряжения. Оба этих типа напряжений создают вместе напряжения сдвига. Они проходят наклонно к оси балки и называются сдвигом.
Сдвиг вызывает растягивающие напряжения, действующие под наклоном (рис. «Сдвиг в следствие изгиба»). Сдвиговые усилия воспринимаются вертикальными хомутами и отогнутыми стержнями (отгибами). Кроме того, вертикальные хомуты у опор ставятся чаще (рис. «Обеспечение работы на сдвиг в местах в близи опор»).
Для того чтобы обеспечить несущую способность балки, необходимо там, где имеют место растяжение и сдвиг, установить арматуру (рис. «Работающая на изгиб балка на двух опорах»). Арматура, как правило, состоит из прямолинейных несущих стержней, хомутов и монтажных стержней. Прямые несущие стержни воспринимают растягивающие усилия. Отогнутые несущие стержни воспринимают дополнительно в районе отгибов сдвиговые усилия. Хомуты служат в основном для восприятия усилий сдвига и устанавливают взаимозависимость между сжатой и растянутой зоной. Монтажные стержни облегчают изготовление и установку арматуры.
В строительных сооружениях кроме балок на двух опорах имеются и другие конструкции, которые подвергаются изгибу, например, опертые на несколько опор балки и балки с консолями (рис. «Конструкции, работающие на изгиб»). Для того чтобы можно было определить положение и форму арматуры, необходимо определить поперечные силы и изгибающие моменты и представить их графически (см. рис. «Конструкции, работающие на изгиб»). Изгибающие моменты, которые лежат под осью балки, образуют растяжение в нижней ее части, моменты, которые показаны над осью балки, образуют растяжение в ее верхней части. Моменты, которые показаны в нижней части балки, называю пролетными моментами, а те, что лежат в верхней части балки, — опорными моментами.
Возникающие в области изгибающих моментов растягивающие усилия должны быть восприняты арматурой. Возникающие вблизи опор сдвиговые напряжения должны также восприниматься арматурой.
Конструкции, работающие на изгиб, это, например, балки, такие, как перемычки и ригели, плиты, такие, как лестничные марши и плиты перекрытий, балочные плиты, как, например, ребристые плиты.
Бетонные покрытия
Арматурные стержни для обеспечения связи с бетоном и защиты от коррозии и воздействия пожара должны иметь достаточный защитный слой бетона. Кроме того, железобетонные конструкции должны быть устойчивы против химических и физических воздействий. Эти влияния классифицированы в условиях окружающей среды. При этом следует различать воздействия, приводящие к коррозии арматуры, и влияния, воздействующие на бетон.
Для обеспечения долговечности в зависимости от класса экспозиции назначается класс бетона по прочности и минимальная толщина защитного слоя бетона (табл. «Размеры защитного слоя бетона и минимальный класс бетона по прочности в зависимости от класса экспозиции»). В качестве толщины защитного слоя бетона принимается расстояние внешних стержней арматуры, например, хомутов, от опалубки. Этот слой также называется чистым слоем бетона. Различают минимальную величину с и номинальную величину сном защитного слоя. Номинальная величина складывается из минимальной величины и допуска — упреждающей (гарантирующей) величины (Ас), которая для класса экспозиции ХС1 составляет 1,0 см, а для классов экспозиции ХС2, ХСЗ, ХС4, XD и XS — 1,5 см. С помощью допуска учитываются возможные отклонения при проектировании и возведении. Номинальная величина защитного слоя бетона приводится на арматурных чертежах.
Слои из естественного или искусственного камня, дерева или бетона пористостью насыпи не могут причисляться к защитному слою бетона. Увеличение защитного слоя может быть необходимым по причине повышенных требований пожарозащиты, при бетонных поверхностях из железненного (замываемого) бетона или при поверхностях, которые будут обрабатываться пескоструйным способом или предназначены для резьбы по камню.
Защитный слой в конструкции образуется с помощью дистанционных прокладок, кроме того, предусматриваются меры по предотвращению сдвига арматуры при укладке и уплотнении бетона. Точечные прокладки применяются для нижней арматуры, например, для плит, балок и фундаментов, а также между стержнями и боковой опалубкой, например, в балках, колоннах и стенах. В качестве дистанционных прокладок для верхней арматуры плит подходят поддерживающие короба линейной формы из стальных арматурных сеток в зависимости от вида укладки с или без защищенных от коррозии выступающих опорных частей. В случае толстых плит, например, плит подошвы, устраивают особые формы, как, например, козлы из круглой стали.
Дистанционные прокладки являются вспомогательными монтажными элементами и состоят из синтетического материала, волокнистого бетона или из простого бетона. Они должны просто и надежно устанавливаться, быть устойчивыми против разрушения и не деформироваться под нагрузкой. Дистанционные прокладки не должны вызывать повреждений на «одежде» опалубки.
Дистанционные прокладки из пластмассы являются самыми распространенными, так как они сточки зрения удобства в работе и затрат времени на их установку являются более предпочтительными (рис. «Дистанционные прокладки»). Арматура удерживается в предназначенной для этого выемке. Площадь соприкосновения с опалубкой мала. Пластмассовые дистанционные прокладки имеют такую форму, что обеспечивается их зубчатое сцепление с бетоном.
При морозе они могут становиться хрупкими и ломкими или изменять форму при высоких температурах. Зимой это отрицательно сказывается на качестве конструкций, особенно тогда, когда армированные конструкции, находясь еще в опалубке, должны защищаться от снега и льда с помощью тепловых пушек или других генераторов тепла.
Для стен, армированных арматурными сетками, имеются дистанционные прокладки, которые обеспечивают как расстояние сеток друг от друга, так и расстояние крайних сеток от опалубки. Такие дистанционные прокладки заменяют подъемные петли.
Дистанционные прокладки из волокнистого бетона и из бетона имеют хорошее сцепление с основным бетоном (см. рис. «Дистанционные прокладки»). Они особенно подходят для конструкций с лицевым бетоном.
При проведении строительных работ необходимо учитывать, что чем меньше высота конструкции, тем тщательнее надо устанавливать дистанционные прокладки. Например, отклонение в 1 см от запланированного положения арматуры уменьшает несущую способность сечения высотой 20 см примерно на 10%, а сечения высотой 100 см — только на 1%.
Указания по армированию
Для того чтобы соответствовать высоким требованиям в железобетонном строительстве, необходимо учитывать при проектировании и выполнении работ указания по армированию. Наряду с этим имеются указания, например, об арматурных стендах, об изгибе арматуры, о заанкеривании арматуры и о стыках арматуры.
Общие указания по армированию
Для того чтобы арматура могла выполнять свои задачи, необходимо наряду с обеспечением правильного расположения в конструкции выполнять следующие правила по армированию:
- Арматура должна быть свободна от частиц материала, который может повлиять на связь арматуры и бетона, например, от грязи, жира, льда и отслоившейся ржавчины. Слегка заржавевшая сталь не влияет отрицательно на сцепление, однако она может иногда влиять на внешний вид бетона, что особенно важно при лицевом бетоне.
- Арматуру необходимо изготавливать и устанавливать по проверенным арматурным чертежам и связывать ее в жесткие каркасы. Растянутая и сжатая арматура (рабочая арматура) соединяется в каркас с помощью поперечной и распределительной арматуры или с помощью хомутов. Соединение производится с помощью соединительной проволоки.
- Для сгибания крюков, угловых крюков и петель, а также отгибов и других искривлений необходимо выдерживать минимальный диаметр изгибных роликов dbr.
- Заканчивающиеся арматурные стержни необходимо достаточно заанкеривать в бетоне.
- Арматура, особенно верхний слой арматуры плит, необходимо закреплять от прогибов с помощью подставок.
- Если при вложенной арматуре бетон уплотняется вибраторами глубинного действия, то необходимо предусмотреть проходы для вибратора. При скоплении верхней арматуры, например, над опорами при безригельных перекрытиях, необходимо предусматривать специальные люки для заполнения бетоном.
- Связь бетона и арматуры необходимо обеспечивать за счет достаточно толстого защитного слоя бетона, который одновременно обеспечивает долговечную защиту арматуры от коррозии.
- Для обеспечения защитного слоя необходима установка достаточного количества дистанционных прокладок.
- Монтажная арматура и дистанционные прокладки должны устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить правильное положение арматуры при укладке и уплотнении бетона.
- В конструкциях, которые бетонируются на земле, как, например, плиты фундаментов, землю следует покрыть чистым слоем. Он состоит, как правило, из бетона толщиной не менее 5 см.
Расстояния между стержнями
Для того чтобы параллельные стержни арматуры достаточно обволакивались бетоном, расстояние между ними в свету, а должно составлять не менее 2 см или быть равным диаметру стержня ds (рис. «Расстояние между стержнями»). Если это требование из-за ширины строительной конструкции не может быть выполнено, то арматуру следует располагать в несколько слоев. При этом стержни при выдерживании минимальных расстояний между ними укладываются друг над другом, и расстояние между ними по вертикали обеспечивается с помощью устройства поперечных стержней соответствующего диаметра.
При плотно расположенной арматуре для позднейшей укладки бетона предусматриваются специальные пути вибрирования.
Если стальная арматура стыкуется внакладку, то в районе стыков арматурные стержни должны лежать по возможности более плотно друг к другу (см. рис. «Расстояние между стержнями»).
Расстояние между ними не должно быть больше 4ds. Полные стыки не должны располагаться в сильно нагруженных местах.
Стальная арматура в районе стыков, а также арматура в пучках и двойные стержни сварных арматурных сеток могут касаться друг друга.
Наибольшие значения расстояний между стержнями для ограничения трещинообразования рассчитываются в каждом отдельном случае с учетом класса экспозиции. Для отдельных конструкций, таких, как, например, плиты, колонны и стены, наибольшие расстояния между стержнями задаются нормами.
Сгибание арматуры
Распределение сил в конструкции может сделать необходимым, чтобы арматура в определенных местах была согнута или уложена с закруглением. Это необходимо, например, для заанкеривания, для восприятия растягивающих или сдвиговых усилий и для отведения сил, как, например, в углах рам. При этом стержни должны изгибаться под определенным углом и с заданным радиусом изгиба. Сгибание арматуры — это процесс холодной деформации, при котором структура материала наружных волокон растягивается, а внутренних — сжимается. Для того чтобы возникающие при этом напряжения держать в определенных границах, круглые стержни необходимо гнуть вокруг вращающихся изгибных роликов, диаметр которых dbr устанавливается DIN 1045 (рис. «Минимальное значение диаметра изгибаемого ролика»). Это справедливо для сгибания крюков, угловых крюков, петель и хомутов, а также отгибов арматуры и других искривлений. Для определения минимального диаметра изгибного ролика определяющими являются либо способность данного сорта стали к изгибанию, либо предполагаемые напряжения в бетоне в районе искривлений. В местах отгибов, которые работают на растяжение, в бетоне возникают значительные усилия, которые называют растягивающими усилиями трещинообразования. Они могут быть восприняты или уменьшены, если у наружных стержней диаметр изгибного ролика или боковой защитный слой бетона делают толще.
Крюк круглого арматурного стержня диаметром ds = 14 мм вследствие свойств материала — стали — должен изгибаться вокруг изгибного ролика диаметром 4ds = 4·14 = 60 мм. Косо отогнутый стержень арматуры ds = 16 мм при боковом защитном слое бетона 6 см вследствие свойств бетона должен сгибаться вокруг изгибного ролика 15·16 мм = 240 мм.
При сгибании сваренной арматуры следует избегать случаи, когда растяжение или сжатие волокон попадает на место изгиба. Поэтому наряду с диаметром изгибного ролика задается также минимальное расстояние места сварки от начала изгиба. Если изгибаются сварные арматурные сетки, то изгиб может начинаться не ближе расстояния в 4d изгибаемого стержня от места сварки. От этого можно отклоняться, если у лежащих снаружи или внутри мест сварки радиус закругления составляет не менее 20·ds (рис. «Положение мест сварки»).
Заанкеривание
Заанкеривание арматурных стержней в бетоне является предпосылкой надежного восприятия усилий арматурой. Она может осуществляться за счет связи бетона и стали. При этом возможны прямые концы стержней, крюки, угловые крюки, петли с или без приваренных поперечных стержней. Особой формой анкеровки являются анкерные устройства.
Связь арматурной стали и бетона в большой степени зависит от формы поверхности арматуры, класса прочности бетона, размеров конструкции, а также положения и угла наклона стержней при бетонировании. Измеренные значения допустимого напряжения связи установлены DIN 1045. С помощью разделения стержней на два типа связи учитываются процессы усадки в свежем бетоне (рис. «Типы связи»).
Типы связи
К типу связи I (хорошие условия связи) приписываются стержни, которые при бетонировании наклонены к горизонтальной поверхности ≥ 45°. Отогнутые менее чем на 45° стержни и горизонтальные стержни принадлежат только тогда к типу связи I, когда они при бетонировании лежат не более чем на 30 см над нижней поверхностью свежего бетона либо не менее 30 см ниже верхней поверхности бетона или поверхности захватки бетонирования. Изготовленные в лежачем положении конструкции высотой более 50 см также приписываются к типу связи I, если они уплотняются наружными вибраторами.
К типу связи II (средние условия связи) относятся все стержни, которые не относятся к типу связи I, а также все горизонтальные стержни в конструкциях, изготавливаемых методом скользящей опалубки.
Длина заанкеривания
Основной размер lь длины заанкеривания является определяющим для заанкеривания стержней арматуры, полностью использующей свою несущую способность, имеющих прямые концы. Он служит относительной величиной для расчета длины заанкеривания в отдельных случаях. Длина заанкеривания зависит от сорта стали, от диаметра стержней, типа связи и класса прочности бетона (табл. «Основная величина (lь) длины заанкеривания для арматурной стали»).
Если устанавливаемая арматура (Ауст) больше, чем требуемая арматура (Атр), то растягивающее или сжимающее усилие в стержнях меньше, чем это возможно на основе допустимых напряжений.
В этом случае длина заанкеривания lь может быть сокращена в отношении Аs треб/Аs факт:
Минимальная величина длины заанкеривания для растянутых стержней lb, min ≥ 10·ds.
Если, например, для армирования на опорах неразрезной балки b/h = 30 см/50 см в С20/25 — BSt 500 S требуется сечение стали 10,2 см2 и применены 4 стержня диаметром 20 мм с As = 12,6 см2, то длина заанкеривания может быть уменьшена:
lЬ (тип связи П) = 134 см (см. табл. «Основная величина (lь) длины заанкеривания для арматурной стали»)).
Действительная длина заанкеривания:
lЬ сокр = 134 см ·10,2 см2/12,6 см2;
lь сокр = 108 см для конца стержня.
Виды заанкеривания
В случае применения арматурной стали ребристого (рифленого) профиля допустимо заанкеривание с помощью прямых концов стержней, с помощью крюков, угловых крюков, петель, с или без приваренных поперечных стержней (рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»).
Анкеровка сеток из гладкой стали или из стали периодического профиля, в противоположность сеткам из стали ребристого профиля, возможна только приваркой поперечных стержней.
Прямые концы стержней образуют простейший способ заанкеривания, если возможно обеспечение требуемой длины анкеровки (см. рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»).
Крюки, угловые крюки и петли из-за искривленных концов арматуры имеют преимущество, заключающееся в том, что длина заанкеривания может быть сокращена по сравнению с прямыми концами стержней.
С помощью заанкеривания с приваренным поперечным стержнем внутри длины заанкеривания или с двумя приваренными поперечными стержнями на коротком расстоянии можно значительно сократить длину анкеровки за счет совместного действия поперечной арматуры.
Допустимое сокращение длины анкеровки у растянутых стержней зависит от формы концов стержней и учитывается коэффициентом αa (см. рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»).
При полностью используемой несущей способности стержневой арматуры диаметром 16 мм из В St 500S в бетоне С20/25 в типе связи I для прямых концов стержней получается размер заанкеривания 75 см, при устройстве углового крюка длина заанкеривания становится равной 75 см·0,7 = 52,5 см (рис. «Анкеровка стержней с ребристым профилем»).
Если анкеровка производится посредством крюков или угловых крюков (см. рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»), то для определения длины стержня необходимо приплюсовать длину стержня, требуемую для формирования крюка.
Анкеровка отогнутых стержней
Для отогнутых кверху или вниз стержней, которые служат для восприятия усилий сдвига, необходимо рассчитывать другие длины заанкеривания. В области растягивающих напряжений в бетоне требуется длина заанкеривания, увеличенная в 3 раза по сравнению с прямыми концами стержней, в области сжимающих усилий в бетоне ее нужно умножать на 0,6 (рис. «Длина заанкеривания прямых концов стержней»).
Анкеровка на концевых опорах
Для восприятия, существующего растягивающего усилия на концевых опорах необходимо часть пролетной арматуры завести за расчетную линию опоры (R) и там заанкерить (рис. «Заанкеривание на опорах»). Она проходит при треугольно-воспринимаемом давлении на опору в первой трети глубины опоры. Арматура, которая должна заводиться на опору, в общем случае должна составлять 1/3, а в плитах без арматуры, работающей на сдвиг, — половину пролетной арматуры.
Различают прямое заведение на опору, например в стенах, и непрямое (косвенное) заведение на опору, например, во второстепенных балках при заведении арматуры на главные балки. Длина анкеровки измеряется от передней грани опоры и составляет:
при прямом заведении на опору: lь,dir > 2/3·lb,nel > 6ds;
при косвенном заведении на опору: lь indlr > 2/3·lь,nel > 10ds.
Анкеровочные элементы применяются только в особых случаях. Они состоят, например, из стальных пластин, стальных профилей или поперечных стержней, которые привариваются к анкеруемой арматурной стали. Их применение может быть необходимым, например, в сборных элементах при очень малой глубине опоры.
Заанкерирование на промежуточных опорах
Проходящие через промежуточные опоры неразрезные конструкции, например плиты или балки, или на концевых опорах у балок с консолями должны иметь на опорах по меньшей мере четверть наибольшего пролетного армирования, в плитах без арматуры, работающей на сдвиг — не менее половины пролетной арматуры, которую надо заводить за переднюю грань опоры и заанкеривать (см. рис. «Заанкеривание на опорах»). Размер заанкеривания составляет не менее 6ds, отмеряя это расстояние от грани опоры.
Стыки арматуры
Если нельзя сделать арматуру из одного стержня подлине, то необходимы стыки арматуры. Стыки по возможности не должны располагаться в местах наибольших усилий, и стыкуемые стержни должны перекрывать друг друга в продольном направлении. Нагруженные стыки стержней арматуры могут быть выполнены в виде прямого и непрямого соединения.
Непрямые соединения устраиваются за счет нахлестки, т.е. за счет расположения рядом друг с другом стержней на определенную длину. При стыках внахлестку для передачи усилий между стыкуемыми стержнями дополнительно нагружается бетон. Выполнение стыковки может быть осуществлено с помощью прямых концов стержней, крюков, угловых крюков и петель, а также с помощью прямых концов с приваренными поперечными стержнями, например, в арматурных стальных сетках (рис. «Непрямые стыки»).
Прямые соединения производятся за счет соединения концов стержней с помощью сварки или с помощью гаек и муфт (рис. «Прямые стыки»). Осевые стыки с помощью гаечных и запрессованных муфтовых соединений требуют применение арматурной стали с резьбовидным профилем, с конической или цилиндрической резьбой на стыкуемых концах, а также применение напрессованных или надевающихся муфт. Соединения должны быть допущены строительным надзором. При прямых стыках бетон дополнительно не нагружается.
По виду передаваемого усилия стыки различаются на растянутые и сжатые. Если стержни стыкуются торцами, то через такие стыки могут передаваться только силы сжатия.
Длина нахлеста Ls
Длина нахлеста в непрямых стыках установлена в DIN 1045. В стержнях ребер швы в нахлестку в продольном направлении должны смещаться относительно друг друга. Они считаются смещенными подлине, если расстояние в длину между центрами стыков соответствует по меньшей мере 1,3 длины нахлеста (рис. «Продольные смещения арматурных стержней в районе стыка»).
Швы внахлестку сварных арматурных сеток
Если для армирования применяются сетки со склада, то для того, чтобы они подходили по размерам к размерам конструкции, их необходимо состыковывать как в продольном, так и в поперечном направлении.
За счет применения дополнительных списочных или чертежных сеток количество стыков сеток может быть уменьшено. Среди швов внахлестку в арматурных сетках различают между устройством стыков в стержнях в продольном направлении и в поперечном направлении. В основном сеточные швы могут быть выполнены как одноплоскостные швы или двухплоскостные швы, причем двухплоскостные швы являются основными.
Одноплоскостные стыки — это стыки сеток, у которых стыкующиеся стержни лежат рядом друг с другом в одной плоскости (рис. «Стыки арматурных сеток»). Они могут изготавливаться с применением сеток с длинными выпусками стержней, например, списочных сеток, или с помощью попеременного отгибания стержней, причем поперечные стержни могут лежать попеременно сверху и снизу. Так как длина стыков по правилам стыкования для арматурной стали должна иметь размеры без учета приваренных в области стыка поперечных стержней, то применение их ограничивается специальными случаями.
Двухплоскостные стыки — это стыки сеток, в которых стыкуемые стержни лежат друг над другом (см. рис. «Стыки арматурных сеток»). При этом снабженные поперечными стержнями концы сеток укладываются друг над другом. В арматурных сетках с as≤12 см2/м могут выполняться полные стыки.
При многослойной сеточной арматуре стыки отдельных слоев сеток необходимо смещать на 1,3 длины нахлеста. Подробности о длинах нахлеста при растянутых стыках установлены в DIN 1045 (табл. «Длины перехлестов стыков несущих стержней при двухплоскостных стыках бетон C20/25, область стыковки I»).
Однако в большинстве случаев следуют правилу петель. Оно имеет то преимущество, что петли приблизительно перекрываются и могут легко связываться между собой (см. табл. «Длины перехлестов стыков несущих стержней при двухплоскостных стыках бетон C20/25, область стыковки I»).
Длина перехлеста поперечной арматуры как распределительной арматуры короче, чем у продольной арматуры. Стыки распределительной арматуры в сетках со склада с концевыми выпусками зависят от расстояния продольных крайних стержней друг от друга и от боковых выпусков поперечных стержней. Внутри длины перехлеста ls должны лежать по меньшей мере два поперечных стержня. Не требуемая по условиям статики поперечная арматура арматурных сеток в плитах и стенах может стыковаться в одном месте.
При устройстве стыков несущей и распределительной арматуры необходимо следить за тем, чтобы друг на друга ложились не более трех сеток.
Пучки арматуры
Пучки стержней состоят из двух или трех отдельных стержней периодического профиля диаметрами ≤ 28 мм. Отдельные стержни касаются друг друга и должны быть связаны между собой, например, с помощью связывающей проволоки. Связывание арматурных стержней в пучки применяется, как правило, тогда, когда растягивающее усилие так велико, что нельзя выдержать требуемое расстояние в свету между стержнями в сечении. Для того чтобы при наличии пучков не создавалось больших нагрузок на окружающий их бетон, чем при отдельно уложенных стержнях, необходимо увеличить расстояние между пучками (а), а также толщину защитного слоя бетона сном. Кроме того, заанкериванию, стыковке и установке хомутов на пучках следует придавать большее значение. Поэтому следует непременно следовать всем указаниям арматурных чертежей.
За счет увеличенной толщины защитного слоя арматуры в растянутой зоне могут возникнуть трещины. Чтобы эту опасность по возможности свести к минимуму, в случае пучков арматуры с большим сечением стержней в растянутой зоне всегда устраивается армирование защитного слоя. Оно выполняется из узкоячеистой арматурной сетки со стержнями периодического профиля с шириной ячейки ≤ 15 см (рис. «Армирование в пучках»). Армирование защитного слоя уже необходимо, когда пучки состоят из двух стержней по 28 мм диаметром.
Армирование бетона
Армирование включает подготовку арматуры, предварительное изготовление арматурных каркасов и установку арматуры в конструкцию.
Основой для выполнения работ и расчетов является арматурный чертеж (рис. «Арматурный чертеж»). Он включает, как правило, изображение арматуры в конструкции, план изгибов или выборку стали и спецификацию арматуры (рис. «Спецификация арматурной стали»).
Для изображения арматуры выбирается упрощенная форма (рис. «Изображение отдельных арматурных стержней»). Арматурный чертеж, кроме того, дает сведения о классе прочности бетона, сорте стали, количестве и диаметре, а также форме и положении арматурной стали, минимальных размерах изгибных роликов, поддержке верхней арматуры и о защитном слое бетона стальных закладных деталей. Арматурные чертежи контролируются и проверяются в инженерных бюро инженерами-контролерами. При изготовлении арматуры должен обязательно быть в наличии соответствующий арматурный чертеж.
Подготовка арматуры
Подготовка арматуры включает складирование, измерение и разрезку, а также изгибание арматурных стержней. Сталь поставляется в готовом к применению состоянии, но может также изгибаться на стройплощадке.
Складирование арматуры
Складирование необработанной арматурной стали раздельно, по диаметрам стержней производится на специальных складских поверхностях, которые должны располагаться по возможности вблизи подъездной дороги в зоне действия стрелы крана. Арматурные сетки могут складироваться в лежачем или в вертикальном положении.
Измерение и резка арматуры
Для того чтобы придать стали нужную длину, необходимо определение длины разрезки. В качестве длины разрезки называют длину стального стержня в несогнутом виде; в качестве краткого обозначения используется I (рис. «Определение длины разрезки»). При прямых стержнях к наибольшей длине прибавляется размер крюков. Последние составляют у крюков, в зависимости от диаметра стержней, около 10ds до 12ds, а при угловых крюках — примерно 8ds. При отогнутых стержнях, кроме того, необходимо учитывать длину косой части отгиба (рис. 10.28). При этом высота отгиба h всегда измеряется от наружной до наружной стороны отгиба. В зависимости от высоты конструкции отгибы могут производиться под углом 30, 45 или 60°. Чтобы обрезков по возможности было меньше, необходимо следить затем, чтобы длины платформ складирования в 12 или 14 м без отходов делились бы на заданную длину разрезки. Прежде чем начать разметку по длине, целесообразно еще раз проверить данные о размерах по арматурным чертежам.
Разметка и разрезка производится на измерительном столе и на металлорежущей машине. Длины разрезаемых стержней отмечаются рисками согласно плану изгибов, после чего стержни режутся по длине. При этом следует учитывать допустимые допуски размеров. Отклонения размеров арматурных стержней должны не превышать предельных отклонений (табл. «Предельные отклонения длин отрезков при обрезке арматурных стержней»). Предельным отклонением называется разница между допустимым максимальным или минимальным размером и номинальным размером. После этого арматурные стержни разрезаются на специальных машинах для резки арматурной стали. Для разрезки тонких стержней подходят ручные инструменты для резки стали. Машины для резки с приводом от мотора применяются при больших объемах работ и при больших диаметрах стержней. Для разрезки по длине арматурных сеток применяют режущие инструменты, приводимые в действие вручную или с помощью гидравлики. Могут применяться резаки для арматурных сеток, работающие по принципу машин для резки болтов.
Изгибание арматуры
Изгибание арматурной стали производится на ручных изгибных плитах или с помощью изгибных машин с приводом от мотора. Для последующего изгиба вручную на стройплощадке служит также двойное колено или стальной уступ.
Устройство для изгиба состоит из поворачивающейся изгибной тарелки, на которой могут закрепляться изгибные ролики различного диаметра, и из эксцентрика (см. рис. «Приспособления для изгиба и процесс изгиба»). При изгибе эксцентрик давит на стержень относительно изгибного ролика. При этом стержень удерживается от отклонения неподвижным роликом (пятой). Изготовление отгибов может быть осуществлено за один рабочий проход с помощью соответствующих устройств. С помощью дополнительных приспособлений можно изгибать кольца, хомуты и спирали. Для изготовления хомутов имеются специальные изгибные машины.
При многократно изогнутых стержнях, например, у хомутов, целесообразно изогнуть пробный стержень и дополнительно измерить наружные размеры. При этом отклонения размеров не должны превышать допустимые граничные значения (табл. «Предельные отклонения от номинального размера длины отрезка при обрезании арматурных стержней»).
Для изгибания арматурных сеток применяются специальные изгибные машины. В зависимости от количества, толщины стержней, ширины сетки и расстояния между стержнями могут использоваться ручные изгибные машины или машины с моторным приводом. Изгибные машины с моторным приводом позволяют изгибать сетки с диаметром стержней до 12 мм шириной изгиба в 2,15, 2,45 и 1,0 м. Процесс изгиба происходит с помощью крутящейся изгибной балки-вала, на которой можно предварительно установить три угла изгиба до 180°. Для этого на бесступенчато переставляемых с боков изгибных пальцах устанавливаются сменные изгибные сердечники. Их необходимо установить на расстоянии ячейки между стержнями изгибаемой сетки. Изгиб арматурных сеток производится по эскизу изгиба, который задает номер позиции, форму изгиба, размеры, а также диаметр изгибного ролика.
Установка арматуры
Для достижения несущей способности железобетона в конструкцию нужно установить арматуру точно по чертежам. При этом необходимо отдельные арматурные стержни сделать жесткими и связать их в несдвигаемые арматурные плоские или пространственные каркасы. Это производится с помощью различного вида связывания арматуры.
Виды связывания арматуры
Связывание арматуры в каркасы осуществляется непосредственно путем связывания арматуры проволокой и путем сварки. В арматурных сетках перекрещивающиеся стальные стержни на заводе связываются друг с другом посредством электрической сварки путем использования электрического сопротивления (контактной сварки).
Вязание (плетение) производится в основном с помощью вязальных плоскогубцев или монтажных щипцов и вязальной проволоки. Вязальная проволока — это отожженная проволока толщиной 1 или 2 мм. Для вязания каркасов применяется также вязальный стержень, при этом применяют проволочные скрутки (рис. «Скручивающий стержень и проволочные соединения»). Проволочные скрутки — это снабженные петлями отрезки вязальной проволоки длиной от 8 до 30 см. При вязании каркасов следует следить за тем, чтобы концы проволок не проходили в защитный слой бетона.
Существуют различные виды связывания арматуры, которые называют узлами (рис. «Виды соединений»).
Простой угловой узел (тетрадная петля) применяется для крепления несущих стержней к распределительным стержням или монтажным стержням. Угловой узел с двойной вязальной проволокой применяется, когда стержни должны подтягиваться один к другому или при стержнях большого диаметра.
Двойной угловой узел — двойной тетрадный узел или крестовая петля подходит, как правило, при тесном расположении арматуры или при арматуре большого диаметра. Двойной угловой узел с двойной вязальной проволокой отличается от двойного углового узла только тем, что вязальная проволока берется двойной.
Гачный узел (петля вперед) преимущественно применяется при армировании колонн или балок. При этом несущие стержни разводятся по углам хомутов; одновременно предотвращается сдвиг стержней. Двойной угловой узел отличается от гачного узла тем, что для него берется двойная вязальная проволока. Растянутая петля (подвесная петля) препятствует сползанию стержней. Она применяется особенно в том случае, когда требуется обеспечить обязательную несдвигаемость стержней.
Сварка арматурной стали на площадке — это еще один вид соединения стержней. С помощью сварки достигается особая неизменяемость формы арматурных каркасов. Чаще всего применяется огневая контактная сварка торцов (RA), металлогазосварка (MAG) и электродуговая ручная сварка (Е). Сварочные работы по сварке арматуры могут производиться только специально обученным персоналом.
Установка арматуры
Армирование может производиться с помощью отдельных стержней или с помощью предварительно изготовленных арматурных элементов (каркасов), например пространственных каркасов (коробов). Следует стремиться как можно большее количество арматуры объединять в такие каркасы и подготавливать их заранее. При этом пространственные каркасы для колонн или балок собираются в защищенном от непогоды месте. При изготовлении пространственных каркасов количество точек связи зависит от жесткости арматуры. В основном стержни связываются между собой в каждом втором узле пересечения, причем следует следить за тем, чтобы места связывания были смещены относительно друг друга. Для обеспечения защитного слоя бетона и положения арматуры в достаточном количестве должны применяться дистанционные прокладки, опорные элементы (поддерживающие каркасы стоячие хомуты) и крепления слоев (S-образные крюки, U-образные крюки).